3-31) LCD, 제조 공정, 액정 셀

 

셀과 모듈 공정

 

셀 공정

 

액정 셀 공정은 완성된 TFT 기판과 컬러 필터 기판에 배향막을 도포, 러빙을 한 뒤, 스페이서와 밀봉 라인(seal line)을 설치, 형성하고, 끝으로 액정을 채우는 과정입니다. 먼저, 배향막은 두 기판의 가장 윗면에 위치하여 셀 내의 액정 분자들과 직접 접촉이 되면서 액정의 초기 배열 상태를 결정하게 되죠. 재료는 주로 폴리이미드계의 고분자 화합물이 사용되며, 인쇄, 혹은 잉크 젯 프린팅으로 도포가 됩니다. 스핀 코팅의 경우는 기판의 크기가 커지면서 설비 크기에 무리가 와서 이제는 거의 사용하지 않죠. 인쇄 방식의 경우, 기판 크기에 맞도록 수지판(mask)이 제작되어서 롤러에 장착되고, 디스펜서로부터 배향막 재료가 토출되어 롤러를 통해 수지판에 공급됩니다. 아래쪽에는 스테이지 위에 기판이 놓여져 일정 속도로 이동하여 수지판과 맞닿으면서 배향막이 도포되죠. 최근에는 잉크 젯을 이용한 코팅도 사용되고 있는데, 재료의 사용 효율이 높으며 기판의 크기에 맞추어 요구되는 수지판을 필요로 하지 않는 장점이 있습니다. 도포되는 배향막에서는 대면적 균일도가 매우 중요하며, 따라서 일정량의 유기 용제(solvent)가 함유되어 도포 후에는 사전 건조(pre-baking)를 통해 유기 용제의 증발과 함께 균일도를 높여줍니다. 이후 열처리(hard-baking)를 하여 배향막을 고정, 안정화시키죠.

 

러빙

 

필요할 경우 러빙 공정이 수반되는데, 주로 나일론이나 면으로 만든 벨벳 형태의 러빙포를 사용하여 배향막 표면을 문질러주어서 표면에 나란한 홈을 만들게 됩니다. 이러한 러빙 공정에서 기본이 되는 것은 적당한 러빙 세기(rubbing strength)와 기판 전체에 대한 균일도이죠. 러빙 세기는 러빙 횟수와 러빙 깊이의 곱에 비례하며, 또한 롤러의 반경과 회전 속도, 그리고 기판의 이동 속도와의 관계식으로 표현됩니다. 이러한 실험식과 함께 러빙포에 식모되어있는 섬유의 굵기와 길이, 강도, 밀도 등도 함께 고려되어야 하죠. 이러한 러빙 방법은 대면적 설비에 대한 부담과 균일도, 오염, 손상 등을 감안하여 빛과 감광성 폴리머를 이용하는 광 배향 방식 등도 사용되고 있습니다.

 

밀봉 라인 프린팅

 

쇼트 전극, 스페이서, 밀봉

두 기판을 합착하기 전에 스페이서를 설치, 혹은 형성하고 패널의 외곽부에 밀봉 라인을 디스펜싱하는 것이 필요합니다. 스페이서로는 작은 구슬(bead)을 설치하였지만, 이는 화소의 작동(active) 영역에도 위치하여 액정의 흐트러짐을 유발, 빛의 산란의 원인이 되었으며, 특히 흑색 구현시 명암비를 저하시키는 요인이 되기도 하였습니다. 따라서 사진 식각 공정이나 인쇄 공정을 통해 블랙 매트릭스 영역에 유기물 기둥을 설치하는 컬럼 스페이서 방식을 주로 이용하고 있습니다. 주로 디스펜서로 밀봉제를 토출하면서 밀봉 라인 패턴을 그려가죠. 밀봉제는 자외선 경화성이 있으며, 밀봉 라인으로 두 기판을 합착한 후에 자외선을 조사하여 경화시키게 되죠. 밀봉 라인을 형성하면서 동시에 하판에서 상판으로 전기 신호를 공급하기 위한 단락(short) 부분도 함께 설치합니다.

 

액정 공정

 

다음으로 액정 주입 공정이 있습니다. 패널이 대형화가 되기 이전에는 진공 주입 방식을 사용하였죠. 즉, 밀봉 라인을 형성하면서 액정 주입구를 미리 만들어 놓고, 합착 후 셀 내부를 진공 상태로 만든 뒤 외부와의 압력 차이를 이용하여 액정을 주입하는 방식입니다. 이는 모니터 크기의 패널에 액정을 주입하는 시간만도 수 시간이 소비되었고, 따라서 패널의 크기가 증가하면서 생산성 확보 차원에서 사용이 어려워졌습니다. 후속으로 개발된 기술이 ODF(One Drop Filling)로 적정량의 액정을 일정한 간격으로 기판 위에 적하한 다음 진공 상태에서 두 기판을 합착하는 방식입니다. 이 방식은 패널의 크기와 무관하게 1시간 이내에 공정을 완료할 수 있어서 패널의 대형화와 생산성 향상에 큰 기여를 하였습니다.

 

합착, 셀 분할

 

 

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# 더! 생각해보기

a. 셀 공정에서 기술성(성능)이나 생산성(가격)을 더 개선할 수 있는 방안들이 있을까. 있다면 무얼까

 

 

3-31. LCD, 제조 공정, 액정 셀-복사.pdf

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